Optimalen trajnostni energetski prehod v Sloveniji

Evropske energetskopodnebne politike temeljijo na premisi, da je podnebno nevtralnost do leta 2050 treba doseči s prehodom na obnovljive vire energije (OVE). Tak prehod naj bi ob znižanju izpustov toplogrednih plinov prinesel nižje cene električne energij

Dosedanji razvoj potrjuje – na to so energetski strokovnjaki opozarjali že na začetku –, da so elektroenergetski sistemi, ki temeljijo stoodstotno na OVE, kronično nestabilni in tehnično težko obvladljivi, da zahtevajo izjemno visoke investicije in s tem prinašajo bistveno višje cene energije ter da sploh ne vodijo h glavnemu cilju, torej k bistvenemu znižanju izpustov CO , kaj šele k ničelnim izpustom.

2

In kruto dejstvo je, da z nadaljevanjem sedanjih energetskih politik, ki forsirajo samo OVE, pa tudi če naložbe vanje podeseterimo, zaradi same narave obnovljivih virov ni mogoče doseči ciljev podnebne nevtralnosti do leta 2050.

Vendar to ne pomeni, da pravi trajnostni energetski prehod s ciljem podnebne nevtralnosti ni možen, temveč da je bil dosedanji pristop v razvitih državah večinoma napačen. Napačen je bil pristop, ki je energetski prehod utemeljeval na obnovljivih virih namesto na nizkoogljičnih virih energije.

V tem članku na podlagi opravljene analize dokazujeva, da s pametno oblikovanim energetskim sistemom v Sloveniji lahko naredimo optimalen energetski prehod v ničelne emisije toplogrednih plinov, ne da bi pri tem ogrozili zanesljivost oskrbe in zaradi visokih cen energije ogrozili gospodarski razvoj in rast blaginje ter povzročili energetsko revščino, ne da bi ogrozili stabilnost elektroenergetskih sistemov in ne da bi ogrozili strateško energetsko avtonomijo Slovenije.

Koliko energije bomo potrebovali?

Vsaka energetsko-podnebna strategija bi se morala začeti s temeljnim vprašanjem: Koliko energije bomo potrebovali v prihodnje? Temeljiti bi torej morala na odgovoru na vprašanje, koliko energije bo država potrebovala za doseganje dveh ključnih ciljev: prvič, da bo omogočila gospodarski razvoj in zagotovila rast blaginje svojim prebivalcem, in drugič, da bo zagotovila dovolj energije za nadomestitev porabe fosilnih goriv prebivalstva in gospodarstva ter v proizvodnji energije. S tem se sestavljavci nacionalnih energetsko-podnebnih načrtov ne ukvarjajo, čeprav bi to moralo biti njihovo izhodišče.

Ko smo se leta 2022 s kolegi (vključno z Aleksandrom Mervarjem iz Elesa, Dejanom Paravanom iz Gen-I oziroma Gen energije, Tamaro Lah Turnšek in kolegi s področja varovanja biodiverzitete)

lotili dela pri oblikovanju Strategije razvoja elektroenergetsko-podnebnega sistema Slovenije do leta 2050 (v okviru Sveta za razvoj pri SAZU), smo začeli prav s tem vprašanjem. Najina naloga je bila ovrednotiti prvi cilj: oceniti, koliko električne energije bo Slovenija glede na izkušnje drugih razvitih držav potrebovala, da doseže podobne stopnje razvitosti. Naloga kolegov iz energetike pa je bila ovrednotiti drugi cilj: oceniti, kolikšne bodo potrebe po električni energiji za zagotovitev energetskega prehoda od fosilnih k nizkoogljičnim virom energije.

Ocena bodočih potreb po električni energiji za zagotovitev gospodarskega razvoja je bila narejena v dveh korakih. V prvem koraku so bili na osnovi podatkov za 195 držav za obdobje 1975–2020 ter razlik med razvitimi članicami OECD in preostalimi državami ocenjeni ključni parametri porabe električne energije. Ocene kažejo konkavno krivuljo porabe električne energije za razvite države, pri čemer rast BDP na prebivalca, rast prebivalstva in delež industrije povečujejo porabo, manjša energetska intenzivnost ob višji razvitosti in večji delež starejšega prebivalstva nad 65 let pa negativno vplivata na rast porabe elektrike. V drugem koraku je bila na podlagi teh modelskih parametrov in napovedi dinamike teh spremenljivk za Slovenijo ocenjena bodoča poraba električne energije v Sloveniji do leta 2050. Simulacije kažejo, da naj bi se osnovna poraba električne energije med letoma 2020 in 2050 povečala za polovico, kar je zaradi manjše energetske intenzivnosti ob povečevanju razvitosti manj od predvidenega povečanja BDP po srednjem scenariju (za 93 odstotkov do leta 2050).

Prihodnje potrebe po porabi električne energije za energetski prihod po različnih virih so ocenili kolegi iz energetike (v študiji SAZU, 2022), pri čemer sva jih letos ustrezno prilagodila na podlagi zadnjih podatkov o potrebah po pretvorbi električne energije v vodik in za shranjevanje v baterije. Glede dodatne porabe električne energije za energetski prehod so upoštevani poraba črpalnih hidroelektrarn (ČHE), baterije (za dnevne izravnave razlik med proizvodnjo in porabo električne energije), elektroliza za proizvodnjo vodika iz dnevnih viškov električne energije iz sončnih elektrarn, poraba toplotnih črpalk za ogrevanje in poraba električne energije za električne avtomobile.

Skupna poraba električne energije zaradi zagotavljanja ustrezne ravni blaginje in zaradi energetskega prehoda naj bi se do leta 2050 glede na 2025 več kot podvojila (s 14,3 TWh na 30,4 TWh). Od tega na zagotavljanje razvoja in povečane blaginje ljudi odpade ena četrtina povečanja, tri četrtine povečanja porabe elektrike pa na energetski prehod.

Pri tem je treba dodati, da navedeno povečanje porabe električne energije z namenom energetskega prehoda ne zajema zamenjave fosilnih goriv, predvsem plina, v industriji in fosilnih pogonskih goriv v tovornem prometu. Njihova popolna zamenjava z denimo električno energijo oziroma gorivi, proizvedeni s pomočjo elektrolize, kot je vodik, bi zahtevala še enkrat toliko dodatne proizvodnje električne energije. To pomeni, da popolni energetski prehod na nefosilne vire zahteva vsaj potrojitev proizvodnje električne energije. Seveda pa bodo na voljo tudi druge, v uporabi bolj prijazne variante od vodika, kot je denimo uporaba metanola v tovornem prometu, ki je tudi ogljično nevtralna.

Optimalna struktura elektroenergetskega sistema

Optimalna struktura bodočega elektroenergetskega sistema Slovenije je tista, ki omogoča simultano izpolniti pet ključnih kriterijev:

• razogljičenje proizvodnje električne energije,

• zagotovitev potrebnega obsega energije za razvoj in energetski prehod,

• zagotovitev energetske avtonomije,

• najbolj racionalna struktura z vidika potrebnih družbenih investicij,

• zagotovitev konkurenčne stroškovne cene električne energije.

V nadaljevanju primerjava tri alternativne koncepte bodočega elektroenergetskega sistema Slovenije glede na teh pet kriterijev. Prva dva koncepta izhajata iz prenovljenega Nacionalnega energetskega in podnebnega načrta (NEPN 2024), in sicer koncept, da se električna energija do leta 2050 v celoti proizvaja iz OVE (stoodstotno koncept OVE), in koncept, ki kombinira OVE in novozgrajeni drugi blok jedrske elektrarne v Krškem Jek 2 po letu 2040 (OVE + jedrski koncept).

Problem obeh konceptov NEPN je v dvojem. Prvič, oba temeljita na preveč konservativnih ocenah bodoče končne rabe električne energije. V obeh konceptih končne rabe električne energije do leta 2040 primanjkuje na letni ravni okrog 3 TWh električne energije, potrebne za zagotovitev energetskega prehoda, po letu 2043, ko naj bi prenehal obratovati obstoječi prvi blok jedrske elektrarne v Krškem (NEK), pa med 4 in 6 TWh letno (glej sliko 1).

In drugič, oba koncepta temeljita na nevzdržno velikem deležu proizvodnje električne energije iz nestanovitnih virov OVE (sončne in vetrne elektrarne). V konceptu s stoodstotnimi OVE naj bi se delež sončnih in vetrnih elektrarn v skupni proizvodnji električne energije do leta 2050 povečal na 60 odstotkov, v konceptu OVE z jedrsko energijo pa na 38 odstotkov.

Tako visoki deleži električne energije iz nestanovitnih OVE v omrežju so s tehničnega vidika problematični, saj v elektroenergetski sistem zaradi nestanovitnosti (dnevnih in sezonskih ciklov ter odvisnosti od trenutnega vremena) vnašajo izjemno nestabilnost. Bistveno povečani deleži nestanovitnih OVE, vključenih v omrežje, zahtevajo za izravnavanje dnevnih in sezonskih razlik med proizvodnjo in porabo energije na eni strani ustrezno velike kapacitete nadomestnih fleksibilnih virov energije, kot so elektrarne na plin in premog, na drugi strani pa ustrezno velike kapacitete za shranjevanje dnevnih sezonskih presežkov električne energije (črpalne hidroelektrarne, baterije, elektrolizerji). NEPN ne predvideva teh nadomestnih kapacitet, niti kapacitet za shranjevanje viškov energije (razen črpalnih hidroelektrarn).

Prav zaradi te nevzdržnosti obeh konceptov NEPN smo leta 2022 v okviru delovne skupine SAZU razvili optimiziran elektroenergetski sistem, ki lahko zadovolji tako razvojne potrebe Slovenije po električni energiji kot potrebe po energiji zaradi energetskega prehoda na nizkoogljične vire. Ta koncept iz leta 2022 sva letos nadgradila z novimi podatki glede potrebnih kapacitet hranilnikov in elektrolizerjev.

Ključna razlika nadgrajenega elektroenergetskega koncepta SAZU glede na NEPN 2023 je v tem, da temelji na nizkoogljičnih in ne na zgolj obnovljivih virih energije in da daje poudarek stabilni in zanesljivi oskrbi z električno energijo po konkurenčnih cenah. Koncept SAZU temelji primarno na jedrski in hidroenergiji, ki skupaj tvorita med 48 odstotki (2025) in 69 odstotki (2050) vse proizvedene električne energije. Energija sonca in vetra v letu 2050 prispeva 16 odstotkov, preostalih 15 odstotkov elektrike pa prispevajo hranilniki energije in plinske elektrarne na vodik oziroma sintetični metan.

S pametno oblikovanim energetskim sistemom v Sloveniji lahko naredimo optimalen energetski prehod v ničelne emisije toplogrednih plinov, ne da bi pri tem ogrozili zanesljivost oskrbe, gospodarski razvoj in rast blaginje ter povzročili energetsko revščino.

Presoja z vidika obsega električne energije in avtonomije

Kot kaže slika 1, nadgrajeni koncept SAZU po letu 2037 zagotavlja zadosten obseg električne energije tako za potrebe razvoja kot za potrebe energetskega prehoda, medtem ko oba koncepta NEPN rezultirata v sistematičnih primanjkljajih električne energije (2 do 3 TWh v letih 2030–2040 in 3 do 6 TWh po letu 2043). Koncept SAZU tudi zagotavlja strateško avtonomijo Slovenije pri električni energiji, saj uvozna odvisnost nikoli ne preseže petih odstotkov, medtem ko oba koncepta NEPN vodita v nesprejemljivo visoko uvozno odvisnost Slovenije med 15 in 25 odstotkov na letni ravni. Ob problematičnosti z vidika strateške varnosti Slovenije ta visoka uvozna odvisnost pomeni tudi (pre)veliko sistemsko izpostavljenost uvozu in nihanju cen elektrike.

Ob povečanem prehodu na OVE v Evropi se bodo v prihodnje razlike med dnevno in sezonsko proizvodnjo in porabo električne energije povečevale, kar bo vodilo v nestabilnost nacionalnih elektroenergetskih sistemov in še večjo volatilnost cen. Zato je strateška energetska avtonomija Slovenije ključna za stabilnost in razvoj.

Presoja z vidika potrebnega obsega investicij

Zaradi različne energetske gostote posameznih virov in različnih tehničnih značilnosti posameznih energetskih postrojenj (predvsem profila proizvodnje) se različno koncipirani elektroenergetski sistemi med seboj razlikujejo tudi glede potrebnih investicij v osnovne proizvodne kapacitete, nadomestne proizvodne kapacitete in kapacitete za shranjevanje energije ter v distribucijsko in prenosno omrežje. Denimo elektroenergetski sistemi, ki temeljijo na razpršenih proizvodnih virih (predvsem sončne elektrarne), zahtevajo velike investicije v nadgradnjo distribucijskega omrežja, da to lahko odjema viške električne energije v konicah proizvodnje. Gradnja novih kapacitet vetrne energije zahteva dodatne investicije v prenosno omrežje. Elektroenergetski sistemi, ki temeljijo na centraliziranih proizvodnih virih (hidro-, termo- in jedrske

elektrarne), tovrstnih dodatnih investicij v distribucijsko omrežje ne zahtevajo in v bistveno manjši meri pri prenosnem omrežju. Centralizirani proizvodni viri prav tako ne zahtevajo bistvenih dodatnih investicij v kapacitete za shranjevanje energije in manj investicij v nadomestne kapacitete (zgolj v rezervne kapacitete).

Te razlike v potrebnih družbenih investicijah se kažejo tudi v primerjavi elektroenergetskih sistemov SAZU in NEPN. Skupna vrednost investicij do leta 2050 je zato v konceptu SAZU-GZS bistveno nižja (skupaj 18,4 milijarde evrov) kot v obeh konceptih NEPN (24,8 oziroma 30 milijard evrov). Pri tem pa koncept SAZU vključuje tudi investicije v baterije, elektrolizerje in nadomestne kapacitete v plinske elektrarne, česar koncepta NEPN ne vključujeta, čeprav bo to nujno.

Preračunano na enoto proizvedene energije to pomeni, da znaša potreben obseg investicij v konceptu SAZU 54,3 EUR/MWh, medtem ko je v konceptih NEPN ta obseg investicij na enoto električne energije dvakrat višji – med 100 in 103 EUR/MWh.

Presoja z vidika stroškovne cene energije

Problem OVE je njihova nestanovitnost, kar zahteva dodatne stroške njihove integracije v omrežje, in sicer:

• stroške nadomestnih kapacitet za zagotavljanje stalnega profila proizvodnje električne energije,

• stroške izravnavanja dnevnih in sezonskih ciklov v proizvodnji,

• stroške nadgradnje distribucijskega in prenosnega omrežja. Ti sistemski stroški OVE naraščajo z deležem njihove vključenosti v omrežje.

V najini analizi sva glede konceptov NEPN upoštevala zgolj del teh stroškov integracije, in sicer del, ki se nanaša na nadgradnjo omrežja in črpalne elektrarne, medtem ko so glede izravnavanja dnevnih in sezonskih razlik med proizvodnjo in porabo električne energije upoštevane pričakovane uvozne cene. Glede energije iz Jeka 2 je upoštevana pričakovana stroškovno cena v višini 72 EUR/MWh. Izračuni kažejo, da koncept SAZU omogoča za polovico nižje stroškovne cene električne energije od obeh variant NEPN (slika 2). Do leta 2037 se stroškovne cene v konceptu SAZU gibljejo na ravni okrog 100 EUR/MWh, nakar se po začetku obratovanja Jeka 2 spustijo na raven okrog 70 EUR/MWh. Morebitna podražitev investicije v Jek 2 za tretjino (povečanje stroškovne cene z 72,5 na 100 EUR/MWh) bi stroškovno ceno celotnega elektroenergetskega sistema dvignila za okrog 10 EUR/MWh. Nasprotno pa se stroškovne cene v obeh konceptih NEPN do sredine 30. let 21. stoletja dvignejo na raven 150 EUR/MWh, po letu 2040 pa se gibljejo na ravni med 120 in 150

EUR/MWh. Ključni razlogi za te razlike so v tem, da koncept SAZU zajema večji delež poceni jedrske in hidroenergije, zahteva nižje stroške integracije virov OVE in manj uvoza energije.

Presoja z vidika izpustov CO

2 Izkušnje evropskih držav z visokim deležem elektrike iz OVE kažejo na zanimiv paradoks, ki pa je paradoks samo na prvi pogled. In sicer, da povečevanje deleža OVE v proizvodnji električne energije zaradi njihove usodne navezave na fleksibilne ogljične vire energije ne znižuje bistveno emisij CO .

2 Treba se je zavedati dveh stvari. Prvič, da izpusti CO v proi

2 zvodnji elektrike nikoli ne bodo enaki nič, saj je vsak način proizvodnje povezan z določenimi vrednostmi izpustov. Najnižji so pri jedrski energiji (okrog 5 gCO /

2 kWh) in hidroenergiji (dvakrat višji), medtem ko so pri sončnih panelih osemkrat višji, pri baterijah in biomasi pa kar petdesetkrat višji. In drugič, pri nestanovitnih virih energije, kot sta energija iz vetrnih in sončnih elektrarn, ki jih je treba izravnavati s fleksibilnimi fosilnimi viri, izpustov CO

2 ni mogoče bistveno znižati. Danska denimo dosega kar 83 odstotkov proizvodnje elektrike iz OVE (veter in biomasa), vendar zadnjih sedem let tipično dosega izpuste CO nad 200 gCO /kWh. V Nemči

2 2 ji znaša delež elektrike iz OVE 60 odstotkov, vendar ostajajo izpusti CO zadnjih sedem let zelo visoki

2

(med 420 in 500 gCO /k). Na drugi

2 strani so države z velikim deležem jedrske in hidroenergije, kot so Francija, Švedska, Švica in Norveška, ki konsistentno dosegajo nizke izpuste CO med 20 in 50 gCO /

2 2 kWh.

Podobno ugotavljava tudi midva v najini analizi za Slovenijo, kjer električno energijo iz različnih virov ovrednotiva z izpusti CO na enoto proizvedene ener

2 gije. Do leta 2037 so izpusti CO v

2 vseh treh energetskih konceptih dokaj podobni – zmanjšajo se z okrog 280 gCO /kWh na okrog

2

200 gCO /kWh. Do drastične raz

2 like pride z letom 2037 zaradi priključitve Jeka 2 v omrežje v konceptu SAZU, kar zniža izpuste CO na zgolj 40 in kasneje pod 25

2 gCO /kWh. V stoodstotnem kon

2 ceptu OVE NEPN se kljub priključitvi velikih kapacitet sončnih elektrarn v omrežje letni izpusti CO zmanjšajo le minimalno, in

2 sicer na raven med 160 in 200 gCO /kWh. V jedrskem konceptu

2

OVE NEPN pa se izpusti CO kljub

2 začasnemu znižanju po letu 2043 (zaprtje NEK) zaradi potrebnega povečanja uvoza električne energije ponovno dvignejo na prejšnjo raven (slika 3).

Z drugimi besedami, koncept SAZU s stanovitnimi nizkoogljičnimi viri omogoča, da se letni izpusti CO zaradi proizvodnje

2 in porabe električne energije v Sloveniji na enoto proizvedene energije med letoma 2025 in 2050 zmanjšajo za več kot 90 odstotkov, medtem ko to znižanje v konceptih NEPN znaša le med 35 in 42 odstotki.

Do teh razlik pride predvsem zato, ker je v konceptih NEPN zaradi neugodne strukture virov in zaradi premajhnega obsega proizvodnje treba kuriti več plina in uvažati med 15 in 25 odstotki električne energije. Ta pa v času povečanih razlik med proizvodnjo in porabo (ponoči in v času kurilne sezone) prihaja predvsem iz ogljičnih virov.

Povzetek

Iz navedenega sledi, da je za zagotovitev zadostnega obsega električne energije za potrebe razvoja in razogljičenja ter za zanesljivo oskrbo z energijo in po konkurenčnih cenah pomembna prava kombinacija nizkoogljičnih virov (primarno jedrska in hidroenergija ter dopolnilno OVE sonca in vetra) in hranilnikov energije, medtem ko so energetski koncepti zgolj na osnovi OVE ali s preveč OVE nevzdržni in/ali zahtevajo bistveno višje investicije, hkrati pa ne vodijo k uresničitvi podnebnih ciljev glede razogljičenja.

Te ugotovitve so v skladu z ugotovitvami v znanstveni literaturi za druge države (Pfenninger & Keirstead, 2015; Zeyringer et al, 2018; Zappa et al, 2019; Emblemsvåg, 2022 itd.), ki ugotavljajo, da so elektroenergetski sistemi, ki vključujejo samo vire OVE, izjemno občutljivi na dnevne in sezonske oscilacije in da zaradi potrebe po velikem obsegu fleksibilnih fosilnih virov, hranilnikov energije in nadgradnje omrežij postanejo pri visokih deležih OVE z vidika stroškov investicij in posledične cene energije izjemno dragi. Študije prav tako kažejo, da tudi če bi stoodstotno obnovljiv evropski elektroenergetski sistem morda lahko deloval z enako stopnjo sistemske ustreznosti kot danes, ne bi zagotovil ravni zmanjšanja izpustov, ki je potrebna za dosego evropskih podnebnih ciljev do leta 2050.

To pomeni, da je na evropski ravni potrebna sprememba energetske politike v smeri spodbujanja nizkoogljičnih virov energije (NOVE) namesto obnovljivih virov energije (OVE). Slednje pomeni tudi tehnološko nevtralnost glede spodbujanja energetskih naložb oziroma enakovredno obravnavo nizkoogljičnih virov glede javnih spodbud in ugodnejšega financiranja iz evropskih institucij. Ta sprememba v energetski paradigmi se je tudi zaradi pretekle energetske krize in negativnih izkušenj držav z visokim deležem OVE že začela dogajati. Čas je, da z novim mandatom evropske komisije postane tudi uradna. ●

Za zagotovitev zadostnega obsega električne energije za potrebe razvoja in razogljičenja ter zanesljivo oskrbo z energijo in po konkurenčnih cenah je pomembna prava kombinacija nizkoogljičnih virov in hranilnikov energije, medtem ko so energetski koncepti zgolj na osnovi OVE ali s preveč OVE nevzdržni in/ali zahtevajo bistveno višje investicije, hkrati pa ne vodijo k uresničitvi podnebnih ciljev glede razogljičenja.